活性污泥法自 1912 年被提出以來，經(jīng)過 100 多年發(fā)展，已經(jīng)成為了眾多污水處理技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的方法。20 世紀(jì)80 年代在傳統(tǒng)活性污泥法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的活性污泥—生物膜共生技術(shù)( Integrated Fixed-Film Activated Sludge，IFAS) 結(jié)合了活性污泥和生物膜的優(yōu)勢，使污水處理效果得到了提升。近年來，隨著工業(yè)化和城市化程度地不斷提升，城鎮(zhèn)污水排放量和氮磷污染物不斷增加，導(dǎo)致了生活廢水中低 COD 質(zhì)量濃度和水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀，而氮磷是引起水體富營養(yǎng)化的主要因素。隨著國家眾多環(huán)保政策的出臺，給污水處理領(lǐng)域提出了更高要求，越來越多的水處理廠面臨著深度脫氮除磷、脫除重金屬的挑戰(zhàn)，為了滿足需求，只能依賴價格高昂的納濾膜或者反滲透膜，然而成本往往無法承受，因此亟需能夠低成本實(shí)現(xiàn)污水深度處理與回用的新技術(shù)。厭氧氨氧化( Anaerobic Ammonium Oxidation，Anam-mox) 技術(shù)由于節(jié)省能量、剩余污泥產(chǎn)量低、節(jié)約投資成本和運(yùn)行費(fèi)用的優(yōu)勢，在處理低碳氮比的高氨氮濃度廢水方面廣泛應(yīng)用。

　　本實(shí)驗(yàn)結(jié)合活性污泥—生物膜共生和厭氧氨氧化污水處理各自的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了全新的泥膜共生氨氧化( IFAS-Mox) 污水處理技術(shù)，制成處理能力為 0. 5 t / d 的一體化污水處理裝置，對裝置運(yùn)行過程中的懸浮物( SS) 、化學(xué)需氧量( COD) 、總氮( TN) 、氨氮( NH3 -N) 、總磷( TP) 等數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析，最終裝置穩(wěn)定運(yùn)行后出水達(dá)到了我國 GB 18918—2002，城市污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級 A 處理效果。

　　1 實(shí)驗(yàn)工藝介紹

　　格柵除渣的生活污水在經(jīng)過預(yù)曝氣之后，進(jìn)入一體化 IFAS-Mox 污水處理裝置中，一體化污水處理裝置中部格柵上放置經(jīng)過改性的混合多孔微生物載體，工藝流程如圖 1 所示。在經(jīng)過一段時間微生物馴化富集培養(yǎng)之后，活性污泥在反應(yīng)器中以懸浮生長的狀態(tài)存在，微生物在載體表面及孔隙表面富集成膜，形成類顆粒污泥的三維立體生態(tài)結(jié)構(gòu)。在活性污泥作用下，污水中的有機(jī)物被逐步降解消耗，達(dá)到去除 COD 的目的。經(jīng)過預(yù)曝氣的污水中富含溶解氧，進(jìn)水流經(jīng)載體所形成的顆粒污泥，在其表面形成具有高濃度溶解氧的好氧層，在載體內(nèi)部，隨著氧氣消耗，逐漸變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，在溶解氧梯度變化的載體微生態(tài)壞境中，能夠?qū)崿F(xiàn)亞硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌協(xié)同共生，促進(jìn)不同微生態(tài)層之間近距離物質(zhì)傳遞，最終形成穩(wěn)定的厭氧氨氧化反應(yīng)達(dá)到脫氮的目的; 另外，隨著污水中溶解氧被消耗，沿反應(yīng)器水流方向的溶解氧濃度逐漸降低，由最初的好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，在活性污泥中硝化菌和反硝化菌作用下發(fā)生硝化—反硝化反應(yīng)脫除氨氮。一體化裝置內(nèi)活性污泥和生物膜中的亞硝化、硝化、反硝化及厭氧氨氧化菌在協(xié)同作用下，最終達(dá)到深度脫氮的效果。多孔載體對污水中的重金屬、磷和難降解有機(jī)物還有吸附脫除作用，進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。

圖 1   工藝流程圖

　　1 實(shí)驗(yàn)過程

　　2. 1 微生物載體制備

　　選用多孔的石墨、火山巖、沸石混合物( 體積比為 1∶ 1∶ 1) 為本實(shí)驗(yàn)的生物載體，對其進(jìn)行酸/ 堿溶液浸泡腐蝕前處理過程，將多孔材料孔隙中的雜質(zhì)溶解，隨后用蒸餾水沖洗直至水洗液呈中性，最終填料形成了疏松多孔的立體絮狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)過前處理過程，填料比表面積由2 左右增加到5 以上，增加了生物膜有效附著面積，有利于其微生態(tài)環(huán)境的形成和后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利展開。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　2. 2 一體化污水處理裝置

　　設(shè)計(jì)容積為 0. 6 m3 、日處理量為 0. 5 t 的一體化污水處理裝置，在裝置中部設(shè)置格柵，格柵上放置 0. 18 m3 載體。污水在進(jìn)入一體化裝置前，先經(jīng)過格柵除渣和曝氣處理，使進(jìn)水中富含溶解氧; 出水口后設(shè)置沉淀池，使泥水分離后出水。

　　本實(shí)驗(yàn)中，不投加外加碳源及菌種，進(jìn)水為城市生活污水，具有 COD 濃度低、氨氮濃度高、進(jìn)水污染物濃度波動小的特點(diǎn)，在30 周的運(yùn)行過程中，進(jìn)水懸浮物( SS) 濃度 200 mg / L，COD 濃度為200 mg / L，NH3 -N 濃度 40 mg / L ～ 50 mg / L，TP 濃度 10 mg / L。將該污水處理裝置運(yùn)行 30 周，期間定時取水樣采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定，對運(yùn)行周期內(nèi)的懸浮物( SS) 、化學(xué)需氧量( COD) 、氨氮 ( NH3 -N) 和總磷( TP) 數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析。

　　3 裝置運(yùn)行情況

　　3. 1 SS 去除效果

　　設(shè)備運(yùn)行 30 周，懸浮物去除效果如圖 2 所示，在設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，去除率穩(wěn)定在 95% 以上，出水 SS 濃度小于 10 mg / L，去除效果好。

　　3. 2 COD 去除效果

　　COD 去除效果如圖 3 所示。從圖 3 中可以看出，裝置運(yùn)行3 周后 COD 去除率基本穩(wěn)定，均保持在 80% 以上，后期出水 COD濃度小于 50 mg / L，去除效果良好，達(dá)到城市污水處理廠水污染物排放一級 A 標(biāo)準(zhǔn)。分析本實(shí)驗(yàn)進(jìn)水中，僅有一次曝氣處理，由于水中溶解氧限制，導(dǎo)致 COD 濃度進(jìn)一步降低困難。

　　3. 3 NH3 -N 去除效果

　　運(yùn)行期間，TN 和 NH3 -N 去除效果如圖 4 所示，從圖 4 中數(shù)據(jù)可知，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，TN 整體去除率達(dá)到 80% 以上，TN 濃度穩(wěn)定在 10 mg / L 左右。在設(shè)備運(yùn)行前兩周，氨氮去除率較低，僅為 20% ～ 40% ，之后氨氮去除效果開始逐漸好轉(zhuǎn)，第 9 周后氨氮去除率達(dá)到 68. 6% ，總體去除效果良好。后期裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，氨氮的平均去除率為 90. 7% ，且出水 NH3 -N 濃度小于 5. 0 mg / L，達(dá)到城市污水處理廠水污染物排放一級 A 標(biāo)準(zhǔn)。從圖 4 中可以看出，NH3 -N 去除達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)用時較長，約為 11 周，這可能是由于厭氧氨氧化菌( 在 30 ℃ ～ 40 ℃ 條件下，其倍增時間為 10 d ～ 14 d) 生長緩慢導(dǎo)致的。

　　3. 4 TP 去除效果

　　設(shè)備運(yùn)行期間，TP 去除情況如圖 5 所示，從圖 5 中數(shù)據(jù)可知，在運(yùn)行的第 1 周和第2 周，TP 的去除效果為 20% ，從第3 周開始，TP 去除率升高，在裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，去除率達(dá)到 95% 以上，出水TP 濃度穩(wěn)定在0.5 mg / L 以下，達(dá)到城市污水處理廠水污染物排放一級 A 標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備總磷去除效果好，除了填料的吸附作用外，推測在裝置內(nèi)發(fā)生了“氣化除磷”反應(yīng)，即磷酸鹽被還原為磷化氫以達(dá)到除磷的效果。目前，對磷化氫的產(chǎn)生機(jī)理尚未有定論。

4 結(jié)語

　　研究了將活性污泥—生物膜共生、厭氧氨氧化技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來的泥膜共生氨氧化( IFAS-Mox) 污水處理技術(shù)，生活污水經(jīng)過該技術(shù)處理，達(dá)到深度脫除氮磷的效果，裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，SS， COD，TN，NH3 -N 及 TP 去除率均達(dá)到了城市污水處理廠水污染物排放一級 A 標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式簡單，無需外加碳源，僅經(jīng)過一次預(yù)曝氣處理、節(jié)省能量，且其處理效果良好，使得其在未來城市生活污水及其他低碳氮比廢水處理領(lǐng)域上應(yīng)用前景良好。(來源：福瑞萊環(huán)�？萍�( 深圳) 股份有限公司)